(1)

Львівський державний університет безпеки життєдіяльності

Ю. О. Борзов, О. О. Смотр

Комп’ютерна схемотехніка:

Лабораторний практикум ( І частина )

для студентів, що навчаються за спеціальностями галузі знань 12 “Інформаційні технології”

Львів - 2019

(2)

Комп'ютерна схемотехніка

2

Комп'ютерна схемотехніка: лабораторний практикум для студентів, що навчаються за спеціальностями галузі знань 12 ―Інформаційні технології‖

денної та заочної форм навчання / уклад.: Ю.О. Борзов, О.О. Смотр. – Львів, 2019. – 67 с.

Рецензенти :

Батюк А.Є., кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри автоматизованих систем управління НУ "Львівська політехніка";

Кухарська Н.П., кандидат фізико-математичних наук, доцент, доцент кафедри управління інформаційною безпекою

Львівського державного університету безпеки життєдіяльності.

Укладачі:

Борзов Ю.О., кандидат технічних наук, доцент кафедри управління проектами, інформаційних технологій та телекомунікацій Львівського державного університету безпеки життєдіяльності.

Смотр О.О., кандидат технічних наук, доцент кафедри управління проектами, інформаційних технологій та телекомунікацій Львівського державного університету безпеки життєдіяльності.

Затверджено на засіданні кафедри управління проектами, інформаційних технологій та телекомунікацій, протокол № 9 від «21» березня 2019 р.

Схвалено та рекомендовано до друку Вченою радою Львівського державного університету безпеки життєдіяльності, протокол

№ 9 від «17» квітня 2019 р.

(3)

ЗМІСТ

Вступ ... 4

Лабораторна робота №1... 5

Тема. Знайомство з можливостями програми імітаційного моделювання Multisim за тематикою занять. ... 5

Тема. Дослідження напівпровідникових діодів за допомогою програмного комплексу Multisim. ... 13

Тема. Дослідження біполярних транзисторів. ... 20

Тема. Визначення основних характеристик випростувачів змінного струму. . 27

Тема. Визначення основних характеристик параметричного стабілізатора напруги. ... 32

Лабораторна робота № 6... 36

Тема. Дослідження підсилювачів електричних сигналів. ... 36

Тема. Дослідження операційних підсилювачів. ... 43

Тема. Дослідження автогенератора на операційному підсилювачі. ... 50

Тема. Дослідження автоколивальних мультивібраторів на операційних підсилювачах ... 56

Тема Дослідження електронних ключів на базі напівпровідникових транзисторів ... 60

(4)

4

Вступ

Застосування комп’ютерних віртуальних лабораторій в навчальному процесі допомагає студентам закріплювати та підтверджувати теоретичні знання, отримані під час лекцій, моделювати різноманітні електронні схеми та досліджувати їх режими роботи, проводити детальний аналіз отриманих результатів. Використовуючи доступне програмне забезпечення на власних персональних комп’ютерах і необхідне методичне забезпечення у вигляді розроблених лабораторних практикумів, студенти мають можливість проводити моделювання та виконання лабораторних робіт самостійно та дистанційно.

Також використання таких програм значно спрощує процес моделювання та дослідження схем і знімає проблему наявності достатньої елементної бази та вимірювальної апаратури. Крім того, у реальному вимірі часу надається можливість вносити зміни в параметри елементів та досліджувати вплив таких змін на функціонування електронних схем.

Лабораторний практикум є збіркою завдань та інструкцій для закріплення теоретичних знань, отриманих на лекційних заняттях з дисципліни "Комп'ютерна схемотехніка і архітектура комп'ютера".

На лекційних заняттях вивчаються теоретичні питання з основ побудови і використання та принципів функціонування аналогових та цифрових пристроїв. Лабораторний практикум є збіркою завдань та інструкцій для закріплення теоретичних знань, отриманих на лекційних заняттях з дисципліни "Комп'ютерна схемотехніка і архітектура комп'ютера".

Лабораторні роботи виконуються із застосування програмного комплексу комп’ютерного моделювання електронних схем та пристроїв Multisim компанії розробника National Instruments. Компанія-виробник випустила безкоштовну версію програми версія NI Multisim Analog Devices Edition, яка має лише обмеження щодо застосування кількості елементів в одній схемі.

Програма NI Multisim має зручний інтерфейс, достатньо проста у застосуванні і імітує дослідну лабораторію, яка обладнана робочим столом, елементною базою та вимірювальними приладами для дослідження схем у реальному вимірі часу.

Кожна лабораторна робота практикуму містить тему, мету, короткі теоретичні відомості, завдання, порядок виконання завдань і список питань для самоперевірки. На захист виконаної студентом лабораторної роботи оформлюється окремий звіт та представляється електронний документ, із виконаним завданням. Звіт повинен включати такі пункти:

1. Мета лабораторної роботи.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Індивідуальне завдання (згідно з варіантом) лабораторної роботи.

4. Основні етапи виконання роботи, електронні схеми та отримані результати.

5. Висновки.

(5)

Лабораторна робота №1

Тема. Знайомство з можливостями програми імітаційного моделювання Multisim за тематикою занять.

Мета роботи: ознайомлення з можливостями програми імітаційного моделювання в електроніці "NI Multisim".

1.1. Огляд NI Multisim

Програмний пакет схемотехнічного моделювання NI Multisim призначений для імітаційного моделювання та аналізу електронних схем.

NI Multisim дає змогу моделювати аналогові, цифрові та цифро-аналогові схеми різного ступеня складності. Її найважливіші особливості:

 інтуїтивний редактор введення схем;

 змішане цифрове і аналогове проектування;

 широкий набір вимірювальних приладів, які максимально наближені до реальних прототипів;

 бібліотеки електронних компонентів;

 можливість створення нових бібліотек електронних компонентів;

 можливість як ідеального, так і реального моделювання;

 єдиний загальноцільовий імітатор для використання з частотами понад 100 МГц;

 можливість застосування більше 15 різноманітних функцій аналізу.

1.2. Запуск та налагоджування NI Multisim

Після запуску програми з меню "Пуск" або з піктограми на робочому столі, з’явиться вікно Multisim (рис. 1.1) з робочими полем та панеллю керування.

Досліджувана схема збирається на робочому полі при одночасному використанні миші і клавіатури. Застосування в роботі лише клавіатури неможливе.

При побудові та редагуванні схем виконуються такі операції:

 вибір компонента з бібліотеки компонентів;

 виділення об'єкта;

 переміщення об'єкта;

 копіювання об'єктів;

 видалення об'єктів;

 поєднання компонентів схеми провідниками;

 установка значень компонентів;

 підключення приладів.

(6)

6

Якщо схема не поміщається на екрані монітора, будь яку ділянку можна переглянути за допомогою лінійок прокрутки, розташованих праворуч і під робочим полем.

Після побудови схеми і підключення приладів аналіз роботи починається після натискання вимикача в лівому верхньому куті вікна програми (рис. 1.2).

Панель компонентів

Вікно розробки

Стандартна

панель Панель вид Меню Основна

панель

Закладка

активної схеми Вікно схеми Панель

приладів Пуск/Зупинка процесу

моделювання

Рис. 1.1. Середовище Multisim

Вимикач моделювання

Рис. 1.2. Вимикач процесу аналізу роботи схеми

Панель інструментів "Стандартна" складається з піктограм типових дій, передбачених у Windows – "Новий документ", "Відкрити папку",

(7)

"Зберегти", "Роздрукувати", "Попередній перегляд", "Вирізати",

"Скопіювати", "Вставити", "Крок назад", "Крок вперед".

Панель інструментів "Вид" слугує для масштабування зображення.

Панель інструментів "Основна" містить кнопки керування сервісом проекту.

1.3. Компоненти NI Multisim 9

Електронні компоненти Multisim розташовані на панелі інструментів

"Компоненти" і систематизовані по групах (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Панель інструментів "Компоненти"

Рис. 1.4. Вікно вибору компонентів

(8)

8

"База даних" – дає змогу обрати компоненти із трьох баз даних – основної (Master Database), корпоративної (Corporate Database), та бази даних користувача (User Database) (рис. 1.4). За замовчуванням викликається основна база даних (Master Database). Нижній список – "Розділ" – дає можливість вибрати іншу групу компонентів. Потрібний компонент обираємо з правого поля, користуючись скролінгом-прокруткою. Відмічаємо компонент курсором і натискаємо кнопку "ОК" лівим клацанням миші.

Обраний компонент з’явиться на робочому полі Multisim.

Установка значень параметрів компонентів здійснюється в діалоговому вікні властивостей компонента, яке відкривається подвійним клацанням миші по зображенні компонента. У діалоговому вікні за допомогою клавіатури і миші потрібно ввести настройки на власний вибір компонента і натиснути "ОК"

або "Cancel" для підтвердження або скасування установки значень.

1.4. Інструменти NI Multisim

Потрібні вимірювальні інструменти можна знайти у вертикальній панелі з правого боку робочого поля. Натисканням миші викликаємо обраний інструмент на робоче поле. Під курсором з’являється контур обраного приладу. Ведемо контур курсором миші до місця розміщення, клацанням фіксуємо інструмент на обраному місці.

Мультиметр

Мультиметр призначений для вимірювання змінного або постійного струму або напруги, опору або затухання між двома вузлами схеми. Діапазон вимірювань мультиметра підбирається автоматично. Його внутрішній опір і струм близькі до ідеальних значень, але їх можна змінити.

Рис. 1. 5. Символ мультиметра та передня панель

(9)

Генератор сигналів

Генератор сигналів (function generator) – це джерело напруги, яке може генерувати сінусоїдальні, пилкоподібні і прямокутні імпульси. Можна змінити форму сигналу, його частоту, амплітуду і постійний зсув. Діапазон генератора достатній, щоб відтворити сигнали з частотами від кількох герц до аудіо і радіочастотного діапазону.

Рис. 1.6. Символ генератора сигналів та передня панель

Осцилографи

У Multisim є кілька модифікацій осцилографів, якими можна управляти як справжніми. Вони дозволяють встановлювати параметри часової розгортки і напруги, вибирати тип і рівень запуску вимірювань.

Рис. 1.7. Символ осцилографа та передня панель У Multisim є такі осцилографи:

• 2- канальний

• 4- канальний

• Осцилограф змішаних сигналів Agilent 54622D.

• 4- канальний цифровий осцилограф із записом Tektronix TDS 2024.

(10)

10

Рис. 1.8. Схематична діаграма осцилографа Tektronix та передня панель

Плоттер Боде

Плоттер Боде відображає відносний фазовий або амплітудний відгук вхідного і вихідного сигналу. Це особливо зручно під час аналізу властивостей смугових фільтрів.

Рис. 1.9. Символ плоттера Боде та передня панель

Спектральний аналізатор

Спектральний аналізатор (spectrum analyzer) служить для вимірювання амплітуди гармоніки із заданою частотою. Також він може виміряти потужність сигналу і частотних компонент, визначити наявність гармонік в сигналі.

Результати роботи спектрального аналізатора відображаються в спектральній області, а не в часовій. Зазвичай сигнал – це функція часу, для її вимірювання використовується осцилограф. Іноді очікується сінусоїдальний сигнал, але він може містити додаткові гармоніки. В результаті, неможливо виміряти рівень сигналу. Якщо ж сигнал вимірюється спектральним аналізатором, виходить частотний склад сигналу, тобто амплітуда основної та додаткових гармонік.

XBP1

IN OUT

(11)

Рис. 1.10. Символ спектрального аналізатора та передня панель

1.5. Прийоми роботи у NI Multisim

Коли необхідні компоненти і прилади розміщені на робочому полі Multisim, треба їх з’єднати відповідно до схеми. З’єднання виконуються мишею. Курсор миші підводиться до одного з виводів приладу або компонента схеми. При наближенні до виводу вигляд курсору змінюється і перетворюється на кульку з перехрестям. Це означає, що "захоплення" виводу здійснено. Кліком миші фіксується перша точка з’єднання і курсор пересувається до наступного виводу. При наближенні до нього також відбувається захоплення (на виводі з’являється червона крапка). Наступним кліком з’єднання фіксується.

Знайомство з NI Multisim

1. Навчитися встановлювати режим відображення елементів згідно з європейським стандартом.

2. Навчитися відкривати файли з результатами моделювання та запускати їх симуляцію.

3. Навчитися будувати електронні схеми.

4. Навчитися робити графічні копії фрагментів роботи.

5. Навчитися досліджувати схеми за допомогою інструментів:

6. Навчитися зберігати результати моделювання в форматі .ms

(12)

12

Зміст звіту 1. Тема та мета роботи.

2. Перелік виконаних завдань з графічними копіями екрана.

3. Відповіді на запитання:

 Як вибрати компонент для побудови схеми?

 Що містить вікно програми Multisim?

 Які команди меню програми ви знаєте?

 Що означає виділення об'єкта?

 Яким чином можна отримати короткі відомості про модель конкретного компонента?

 Яким чином вмикається в електричне коло мультиметр?

 Яким чином за допомогою осцилографа можна отримати значення амплітуди сигналу і його частоти?

 Яким чином можна отримати різнокольорові осцилограми сигналів на екрані осцилографа і як їх рознести по вертикалі для зручності спостереження?

 Наведіть класифікацію базових елементів і назвіть їх основні параметри.

 Які типи логічних пристроїв представлені на панелі бібліотеки компонентів?

4. Висновки з роботи.

(13)

Тема. Дослідження напівпровідникових діодів за допомогою програмного комплексу Multisim.

Мета роботи: вивчення принципів дії та основних властивостей напів- провідникових діодів, дослідження їх вольтамперних характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням.

Теоретичні відомості

Розділ ―Diodes‖ (рис. 2.1) містить напівпровідникові діоди, стабілітрони, світлодіоди, тиристори або диністори, симетричний диністор або діак, симетричний триністор або тріак, випрямний міст.

Рис. 2.1. Зовнішній вигляд меню Diodes

Розглянемо властивості діода, які задаються користувачем. Для цього натисніть два рази лівою кнопкою мишки на діоді. Якщо потрібно змінити параметри, то натисніть кнопку ―Редактировать модель‖. У діалоговому вікні (рис. 2.2) задати такі параметри діода:

(14)

14

Рис. 2.2. Зовнішній вигляд меню для встановлення параметрів діода IS – зворотний струм діода, А;

RS – об’ємний опір, Ом;

CJO – бар’єрна ємність p-n переходу при нульовій напрузі, Ф;

VJ – контактна різниця потенціалів, В;

TT – час переносу заряду, с;

m – конструктивний параметр p-n переходу;

BV – напруга пробою, В;

VZT – напруга стабілізації; параметр використовується для стабілітронів;

N – коефіцієнт інжекції;

EG – ширина забороненої зони, еВ;

XTI – температурний коефіцієнт струму насичення;

KF – коефіцієнт флікер-шуму;

AF – показник степеня в формулі для флікер-шуму;

FC – коефіцієнт нелінійності бар’єрної ємності при прямому зміщенні p-n переходу;

ІZT – початковий струм стабілізації;

ІBV – початковий струм пробою при напрузі BV, А; для стабілітронів замість цього параметра використовується параметр ІZT;

TNOM – температура діода, С.

(15)

Еквівалентні схеми діода показані на рисунку 2.3 (а, б), на яких позначено: А – анод, К – катод, І – джерело струму, Rs – об’ємний опір, С – ємність переходу, Gmin – провідність, обумовлена зворотним струмом переходу.

а) б)

Рис. 2.3. Еквівалентні схеми діода

Вольтамперна характеристика діода визначається такими виразами:

для прямої гілки:

; 0 для

]

1 )) /(

[exp( _min

0     

I U N U U G U

I _t (2.1)

для зворотної гілки;

; 0 5

для ]

1 )) /(

[exp( _min

0       

I U N U U G NU U

I _t _t (2.2)

; 5

для

min

0 U G BV U N Ut

I

I        (2.3)

; для

U BV

IBV

I   (2.4)

. для

} / 1

)]

/(

) (

{exp[

0 U BV N U BV U U BV

I

I     _t   _t  (2.5)

де:

І0 = Іs – зворотний струм діода при температурі TNOM ; N – коефіцієнт інжекції;

BV, IBV – напруга і струм пробою;

Ut – температурний потенціал переходу;

U – напруга на діоді.

(16)

16

При розрахунку перехідних процесів використовується еквівалентна схема діода (рис. 2.3б) для якої ємність переходу визначається за допомогою виразів:

для ; )

/ 1 ( )

/

(dI dU CJO U U U FС VJ

C   _t ^^m   (2.6)

для , 2 / ) / 3

( )

/

(dI dU CJO F mU U F U FС VJ

C   _t   (2.7)

де:

FC m

F2(1 )¹^ ; F31FC(1m);

 – час переносу заряду;

CJO – бар’єрна ємність при нульовому зміщенні на переході;

VJ – контактна різниця потенціалів;

m = 0,33…0,5 – параметр переходу.

Дослідження прямої гілки ВАХ діода може бути проведено за допомогою схеми, зображеної на рисунку 2.4.

Рис. 2.4. Дослідження прямої гілки ВАХ діода

Вона складається із джерела струму І, амперметра А (можливо обійтись і без нього, оскільки струм в амперметрі точно дорівнює заданому), досліджуваного діода VD і вольтметра V для вимірювання напруги на діоді.

Для дослідження зворотної гілки ВАХ діода використовується схема зображена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Дослідження зворотної гілки ВАХ діода

У цій схемі використовується джерело напруги U_i із запобіжним резистором Rz для обмеження струму через діод у разі його пробою.

(17)

Порядок виконання роботи 1. Запустіть Multisim.

2. Підготуйте новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати такі операції з меню: File/New і File/Save as. При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім'я файлу і каталог, у якому буде зберігатися схема.

3. Розгляньте схеми на рисунках 2.6 - 2.7 і послідовно виконайте їх моделювання.

Рис. 2.6. Схема для визначення прямої гілки ВАХ

4. Встановіть крок зміни опору резистора R2 в межах 4 %. Послідовно змінюючи опір резистора R2, зніміть вольт-амперну характеристику діода в прямому вмиканні. Дані занесіть у таблицю.

Uпр

I_пр

Рис. 2.7. Схема для визначення зворотної гілки ВАХ

R1 820Ω

510Ω R2 Key=A0%

R3

150Ω XMM1

D1 1N1202C*

3

XMM2

2 5

V1 12 V

4

1

0

R1 820Ω

510Ω R2 Key=A50%

R3

150Ω XMM1

D1 1N1202C*

3 XMM2

2 5

V1 12 V

4

1

0

(18)

18

5. Послідовно змінюючи опір резистора R2, зніміть вольт-амперну характеристику діода у зворотньому вмиканні. Дані занесіть в таблицю.

Uзв

I_зв

6. Виставивши в меню параметрів діода напругу пробою, дослідіть електричний пробій діода.

7. Побудуйте на міліметровому папері вольт-амперну характеристику діода. Зробіть висновки.

Рис. 2.8. Пряме ввімкнення діода

Рис. 2.9. Зворотне ввімкнення діода

8. Розгляньте схеми на рисунках 2.8 – 2.9 і послідовно виконайте їх моделювання. Поясніть отримані часові діаграми.

9. Зробіть висновки.

R3 150Ω XFG1

XSC1

A B

Ext T rig +

+

_

_ + _

R1 1.5kΩ

3

0 D1

1DH62

1 2

R3150Ω XFG1

XSC1

A B

Ext T rig +

+

_

_ + _

R1 1.5kΩ

3

D1 1DH62 1

2

0

(19)

Контрольні запитання 1. Як побудований напівпровідниковий діод?

2. Які типи p-n переходів ви знаєте ? 3. Назвіть складові ємності p-n переходу?

4. Назвіть і коротко охарактеризуйте типи напівпровідникових діодів?

Вимоги до оформлення звіту лабораторної роботи.

Зміст звіту У звіті потрібно відобразити:

1) мету лабораторної роботи;

2) принципову електричну схему досліджуваного функціонального вузла;

3) результати експериментальних досліджень у вигляді таблиць та графіків;

4) висновки, що базуються на аналізі отриманих результатів.

(20)

Тема. Дослідження біполярних транзисторів.

Мета роботи: дослідження характеристик, ознайомлення з основними параметрами та принципами роботи біполярних транзисторів.

Розділ ―Транзистори‖ (рис. 3.1) містить біполярні та польові транзистори.

Рис.3.1. Вікно вибору компонентів

Розглянемо властивості біполярного транзистора, які задаються користувачем, для цього потрібно натиснути два рази лівою кнопкою мишки на транзисторі. Якщо потрібно змінити параметри то натисніть кнопку

―Редактировать модель‖. У діалоговому вікні (рис. 3.2), можна задати такі параметри транзистора:

IS – зворотний струм колекторного переходу, A;

BF – коефіцієнт підсилення струму в схемі з СЕ H21; NF – коефіцієнт неідеальності в нормальному режимі;

VAF – напруга Ерлі, близька до параметра Uк max, В;

ISE – зворотний струм емітерного переходу, А;

IKF – струм спаду посилення за струмом, близький до параметра I_кmax, А;

(21)

NE – коефіцієнт неідеальності емітерного переходу;

BR – коефіцієнт підсилення струму в схемі з СЕ при інверсному увімкненні транзистора, емітер і колектор міняються місцями;

NR – коефіцієнт неідеальності в інверсному режимі;

VAR – зворотна напруга;

IKR – значення струму, при якому розпочинається зменшення коефіцієнта підсилення в інверсному режимі, А;

Рис. 3.2

ISC – зворотний струм колекторного переходу;

NC – коефіцієнт неідеальності колекторного переходу;

RB – об'ємний опір бази, Ом;

IRB – струм бази, при якому опір бази зменшується на 50% від різниці RB- RBM, A;

RBM – мінімальний опір бази при великих струмах, Ом;

RE – об'ємний опір емітера, Ом;

RC – об'ємний опір колектора, Ом;

СJE – ємність емітерного переходу при нульовій напрузі, Ф;

CJC – ємність колекторного переходу при нульовій напрузі, Ф;

CJS – ємність колектор-підкладка, Ф;

XTF – коефіцієнт, що визначає залежність часу TF переносу зарядів через базу від напруги колектор-база;

(22)

22

VTF – напруга колектор-база, при якій починає позначатися його вплив на TF, В;

ITF – струм колектора, при якому починається позначатися його вплив на TF, А;

TF – час переносу заряду через базу, с;

TR – час переносу заряду через базу в інверсному вмиканні, с;

MJE – коефіцієнт плавності емітерного переходу;

MJC – коефіцієнт плавності колекторного переходу;

VJC – контактна різниця потенціалів переходу база-колектор, В;

VJE – контактна різниця потенціалів переходу база-емітер, В;

PTF – додатковий фазовий зсув на граничній частоті транзистора Fгр=1/(2ТF), град.;

VJS – контактна різниця потенціалів переходу колектор-підкладка,В;

MJS – коефіцієнт плавності переходу колектор-підкладка;

XCJC – коефіцієнт розщеплення ємності база-колектор;

FC – коефіцієнт нелінійності бар'єрної ємності прямозміщених переходів;

EG – ширина забороненої зони, еВ;

ХТВ – температурний коефіцієнт підсилення струму в нормальному та інверсному режимах;

XТI – температурний коефіцієнт струму насичення;

КF – коефіцієнт флікер-шуму;

AF – показник ступеня у формулі для флікер-шуму;

TNOM – температура транзистора, С⁰.

Розрізняють три схеми увімкнення біполярних транзисторів: із спільною базою (СБ), із спільним емітером (СЕ), із спільним колектором (СК), показані на рисунку 3.3.

СБ) СЕ) СК)

Рис.3.3. Основні схеми увімкнення транзисторів

При цьому кожна схема характеризується двома сім'ями статичних вольт- амперних характеристик, які визначають співвідношення між струмами в колах

(23)

електродів транзистора і напругами, що прикладені до цих електродів. Такими характеристиками є:

вхідні та

вихідні .

У схемі СЕ, яка застосовується найбільш часто, вхідним є струм бази, вихідним – струм колектора, а емітер є загальним електродом для вхідного і вихідного кіл транзистора. Коефіцієнт передачі струму в схемі СЕ (коефіцієнт передачі струму бази) визначається відношенням вихідного струму до вхідного:

(3.1)

Підставивши в формулу (3.1) значення струму бази I_B = I_Е - I_C і розділивши чисельник та знаменник на I_Е, одержимо

(3.2) При зміні h_21B від 0,95 до 0,99 коефіцієнт h_21Е змінюється в межах 20-100.

Отже, схема СЕ дає значне підсилення за струмом. Оскільки ця схема дає також підсилення напруги, то підсилення потужності цієї схеми значно більше, ніж у схемі СБ.

Струм колектора

(3.3) Другий член у правій частині рівняння (3.3) – це наскрізний тепловий струм колектора І^*_С0 при розімкнутому колі бази (І_В = 0) аналогічно струму І_С0 у схемі ЗБ при І_Е= 0, тобто

, (3.4) Загальний струм колектора з урахування (3.2) та (3.4) визначається з виразу (3.3):

CO B

E E

CO B

E

C

h I I h h I I

I 

²¹

 (

²¹

 1 ) 

²¹



^ (3.5)

/ ₂₁ ₀ ₂₁ ₂₁ ₀ ₂₁

0 0

*C  I_C h _B  I_C h _B h _B  I_C h _E 

I

const I

CE

C

U

_B

I   ( )

_

const U

BE

B

U

_CE

I   ( )

_

(24)

24

Вихідні характеристики транзистора для схеми СЕ відображають залежність IC 



(UCE)IB ^ const і описуються співвідношенням (3.5). При малих напругах на колекторі 0,2 - 0,3 В струм колектора не залежить від струму бази, а характеристики зливаються в одну лінію (область насичення). При

 0

I

B I^C  I^^CO. 3і збільшенням вхідного струму бази, згідно з рівнянням (3.5) збільшується струм колектора, тому при

I

^B

 0

криві зміщуються вгору від характеристики I^CO. Струм I_С при U_СЕ > 0,2 - 0,3 В дещо зростає з підвищенням напруги U_СЕ.

Порядок виконання роботи

1. Розгляньте схему, зображену на рисунку 3.4, і виконайте її моделювання.

2. Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Multisim.

3. З'єднайте виводи елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми. Для з'єднання двох контактів необхідно клацнути на один з контактів лівою кнопкою миші і, не відпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту. У разі потреби можна додати додаткові вузли (розгалуження).

4. Проставте необхідні номінали і властивості кожного елемента згідно з варіантом. Варіант обираєте відповідно до вашого номера за списком у журналі. Для цього потрібно двічі виконати подвійне натискування лівою кнопкою миші на зображенні елемента.

№ вар.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Тип

тр-ра 2N3947 2N4014 2N4123 2N4264 2N4286 2N4400 2N4409 2N4424 2N4921 2N4923 2N5038 2N5058

№ вар.

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Тип

тр-ра 2N5088 2N5172 2N5191 2N5209 2N5223 2N5232 2N5302 2N5550 2N5581 2N5629 2N5655 2N5671

№ вар.

25 26 27 28 29 30 31 32

Тип

тр-ра 2N4264 2N4286 2N5038 2N5058 2N5655 2N5671 2N5088 2N5172

(25)

5. Коли схема зібрана і готова до запуску, натисніть кнопку пуску процесу моделювання на панелі інструментів.

Рис. 3.4. Схема для визначення вхідної ВАХ

6. Змінюючи опір резистора R2 з кроком 5%, зніміть вхідну ВАХ

const U

BE

B U CE

I 



( )  при Uсе = 0 В. Дані запишіть у таблицю. Повторіть дослідження для Uсе = 5 В та Uсе = 10 В.

7. Побудуйте вхідну ВАХ на міліметровому папері.

8. Зробіть висновки.

9. Розгляньте схему відображену на рисунку 3.5, і виконайте її моделювання згідно з заданим варіантом.

Рис. 3.5. Схема для визначення вихідної ВАХ

10. Змінюючи опір резистора R2 з кроком 5%, зніміть вихідну ВАХ

const I

CE

C U B

I 



( ) ^ при Uве = 1 В. Дані запишіть у таблицю. Повторіть дослідження для Uве = 4 В та Uве = 8 В.

11. Побудуйте вихідну ВАХ на міліметровому папері.

12. По отриманих ВАХ визначте . 13. Зробіть висновки.

R2 5kΩ Key=A70%

R3 10kΩ

XMM1 XMM2

V1 5 V

2

1 V2

0 V

3 Q1

2N6487 4

5

R1 100Ω 6

0

R2 5kΩ Key=A65%

R3 10kΩ

XMM1 XMM2

V1 1 V

V2 12 V 5

4 XMM3

1 Q1

2N6487 0 3

6 2



_C _B



_U _const _C _B

E I I I I

h₂₁   / CE_  /

(26)

26

Контрольні запитання

1. Опишіть принцип дії БТ, наведіть схеми його ввімкнення та статичні ВАХ.

2. Які три режими роботи має БТ?

3. Чим визначаються частотні властивості БТ?

4. Які схеми увімкнення БТ ви знаєте?

Вимоги до оформлення звіту лабораторної роботи Зміст звіту

У звіті потрібно відобразити:

1) мету лабораторної роботи;

2) принципову електричну схему досліджуваного функціонального вузла;

3) результати експериментальних досліджень у вигляді таблиць та ВАХ;

4) здійснити необхідні розрахунки;

5) зробити висновки, що базуються на аналізі отриманих результатів.

(27)

Тема. Визначення основних характеристик випростувачів змінного струму.

Мета роботи: вивчення принципу дії, властивостей та використання випростувачів змінного струму.

Випростувач призначений для перетворення змiнного струму (напруги) в постiйний. Вiн складається з трьох блокiв: трансформатора, який забезпечує гальванiчне розв'язування мережi, що живить його, вiд навантаження i перетворює напругу живлення мережi в необхiдну величину для блока дiодiв, який перетворює змiнний струм в пульсуючий; зглажуючого фiльтра, який призначений для зменшення пульсуючого струму до значення, необхiдного для нормальної роботи споживача. Всi випростувачі дiляться на три типи:

однопівперіодні, двопівперіодні з нульовим виводом, тобто iз середньою точкою вторинної обвитки трансформатора, та мостовi. Найбiльшого застосування набули мостовi схеми.

Рис.4.1. Структурна схема випростувача

Часові діаграми вхідної та вихідної напруг різних схем випростувачів з виразами їх розкладу в ряд Фур’є подано на рисунку 4.2.

Вхідними величинами випростувача є напруга U₂ і струм I₂ вторинної обмотки трансформатора, а вихідними – U_d, I_d. Співвідношення між вхідними та вихідними величинами випростувача залежить від схеми та характеру навантаження. В таблиці 4.1 подано основні співвідношення між цими величинами для некерованих однофазних випростувачів при резистивному навантаженні.

Середнє значення випростаної напруги 1

d d

U u dt

T



^(4.1)

(28)

28

фактично визначається величиною постійної складової.

Рис. 4.2. Часові діаграми випростаних напруг однофазних випростувачів Таблиця 4.1 Основні співвідношення параметрів схем випростувачів

(резистивне навантаження)

№ схеми

Назва схеми випростувача ₂

d

I I

2 d

U U

V d

I I

ЗВ МАКС. d

U U

T d

S P

KП

1 Однопівперіодна 1,57 2,22 1 3,14 3,5 1,57

2 Двопівперіодна з

нульовим виводом 0,785 1,11 0,5 3,14 1,48 0,667

3 Мостова 1,11 1,11 0,5 1,57 1,23 0,667

4

Трифазна з нульовим виводом (схема Міткевича)

0,583 0,855 0,33 2,09 1,35 0,25

5 Трифазна мостова

(схема Ларіонова) 0,82 0,425 0,33 1,045 1,05 0,057

Для оцiнки якостi випростаної напруги використовують коефiцiєнт пульсацiї, що характеризує вiдношення амплiтуди i-тої гармонiки до середнього значення напруги Ud . Вiн визначається за амплiтудою першої гармонiки:

(29)

d dm

U K U

) 0 (

0



_, _(4.2)

Випростаний струм визначається iз спiввiдношення:

H d

d

R

I  U

_(4.3)

Максимальна зворотна напруга визначається через амплітудне значення напруги U₂:

max 2 2

U  U (4.4) Вихідна зовнішня характеристика випростувача - залежність вихідної напруги від струму навантаження:

) ( ^d

d f I

U  _(4.5)

Порядок виконання роботи

1. Розгляньте схему на рисунку 4.3 і виконайте її моделювання.

Встановіть в схему діод згідно з варіантом (за списком у журналі). Запишіть його параметри.

№ в. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Тип

діода ^1N1199C^1N1202C^1N1206C^1N3208^1N3492^1N4006^1N4151^1N4936^1N5617^1N6482^1N914A^1S1830

№ в. 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Тип

діода ^1N1200C^1N1204C ^1N3064 ^1N3491^1N3493^1N4005^1N4446^1N5059^1N5823^1N6481 ^1S1553 ^1S954

Рис. 4.3

R2 5kΩ Key=A

XMM1 XMM2 50%

R1 100Ω

R4 1Ω

XFG1 XMM4

XMM3

4

5

3 D1

1N4936

2

1

0